银纳米结构中磁法诺共振的研究
发布时间：2020-07-21 18:58
【摘要】：入射光与金属纳米粒子相互作用,当入射光频率和自由电子的振荡频率相同时,即满足波矢匹配条件,此时会产生等离激元共振现象。等离激元共振效应会对于周围环境介质变化、入射光的方向、结构的材料以及纳米结构的形状做出敏感的变化,以上这些措施都可以实现对共振峰位置和强度的有效调节。由于表面等离激元独特的光学特性,其在表面增强、法诺开关、太阳能电池和传播波导等领域具有较大的研究价值。对于当前表面等离激元的研究还存在两方面的不足,一是对共振线型的调控不足,二是对磁法诺的研究不全面。为了弥补这两方面的研究缺陷,小组设计了非同心的不对称的圆环/环结构和双开口劈裂环/方环结构,分别研究两种结构的光学特性。本文主要以这两个结构作为研究内容;第一部分:研究了非同心的不对称的圆环/环(NARR)的消光性质,并且从结构的电荷分布和电流密度磁场分布等研究了其光学特性。在同心对称的环环结构中,不会出现磁性法诺共振。在结构对称性破坏的情况下(即纳米结构为非同心不对称的环/环),高阶磁性法诺共振被激发,其主要可以通过空腔的偏置,放大倍数和外环的宽度进行调节,共振强度都得到增强。其次发现在调节内环的偏置时,当内环偏置和空腔偏置相同时(纳米结构为非同心对称的环/环),磁法诺共振被抑制。等离激元的纳米结构的光学特性可以应用于磁法诺开关和表面增强光谱等领域。第二部分:研究了双开口劈裂环/方环(DSR/SR)的表面等离激元共振,双开口劈裂环和方形内环之间的等离激元杂化形成绑定和反绑定模式,在绑定模式磁共振处出现环流,形成磁性法诺共振;在反绑定模式电共振处没有出现环流,形成的电法诺共振。为了对法诺共振进行有效的调节,首先在为破坏系统结构对称性的情况下,通过改变方形内环和双开口劈裂环之间的间隙g、双开口劈裂环开口宽度s和结构的放大倍数MT对法诺共振位置和强度的调控。每个磁性法诺共振处出现偶数个磁性热点,且相邻位置处的环流方向相。在磁性法诺共振位置处,为了能够激发出四个和八个环流的共振,系统的对称性被打破,通过改变臂长和内环的偏置,分别激发了不同的新的共振峰,实现了多重磁法诺共振。新的磁共振的磁场增强达到30.4,这可以在表面增强光谱学中得到有效的应用。最后计算了不同电共振和磁共振的品质因子和对周围介质的折射率敏感度,其中磁模式的品质因子最大可达到25.3(FOM=25.3),不同的磁共振对环境变化的敏感度最大。该结构的这一特点可以应用于生物传感等领域。
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1
【图文】：
播的电磁波，这就是表面等离极化激元（ＳＰＰｓ）。ＳＰＰｓ是通过表面电子的集体振逡逑动的形式沿着介质表面传播，常出现在纳米结构中，比如纳米天线、多层结构等。逡逑如图１－１所示，电磁波既有ｘ轴的相位波动，又有ｚ方向的电子振动，其中ｘ轴的逡逑分量占主导地位，垂直方向上呈现指数衰减。当入射光的频率和电子振动的频率逡逑相同时，满足波矢匹配条件，形成传播表面等离激元共振。常用的方法有两种波逡逑导耦合和光栅耦合。逡逑１．１．３局域表面等离激元共振逡逑当金属纳米球和纳米盘等被外加电场照射后，形成的表面等离激元并没有以逡逑波的形式沿着界面传播，而是高度集中在纳米结构的表面，并且迅速表现出衰减逡逑的现象，这就是局域表面等离激元（Ｌｏｃａｌ邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ｐｌａｓｍｏｎｓ，ＬＳＰｓ）。如图１－２所示，逡逑２逡逑
逦Ｘ逡逑Ｍｅｔａｌ逡逑图１－１金属和电介质界面的传播表面等离激元［１３］逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ｐｌａｓｍｏｎ邋ｒｅｓｏｎａｎｃｅ邋ａｔ邋ｔｈｅ邋ｉｎｔｅｒｆａｃｅ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｍｅｔａｌ邋ａｎｄ邋ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ逡逑入射光作用在金属和介质的界面时，在光的驱动下，金属表面的自由电子产逡逑生集体振荡，电磁波和金属表面的自由电子振荡发生耦合，形成沿着金属表面传逡逑播的电磁波，这就是表面等离极化激元（ＳＰＰｓ）。ＳＰＰｓ是通过表面电子的集体振逡逑动的形式沿着介质表面传播，常出现在纳米结构中，比如纳米天线、多层结构等。逡逑如图１－１所示，电磁波既有ｘ轴的相位波动，又有ｚ方向的电子振动，其中ｘ轴的逡逑分量占主导地位，垂直方向上呈现指数衰减。当入射光的频率和电子振动的频率逡逑相同时，满足波矢匹配条件，形成传播表面等离激元共振。常用的方法有两种波逡逑导耦合和光栅耦合。逡逑１．１．３局域表面等离激元共振逡逑当金属纳米球和纳米盘等被外加电场照射后
图１－４不同尺寸银纳米圆环的电场增强逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｆｉｅｌｄ邋ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｒｉｎｇ逡逑４所示，展示了共振峰的电场增强图。通过观察不同共振电环左右两侧的电场得到一定的增强，呈现出偶极共振模式。场增强不同，这说明尺寸大小对表面等离激元的共振增强具的形状逡逑５所示，展示了银纳米圆环和方形环的消光曲线。纳米圆环和０ｎｍ，厚度为３０ｍｎ。从消光谱中可以看出，光场垂直入射下线有很大的区别。比如纳米圆环的半径为１２０ｎｍ，在１２７０ｎｍ５逡逑
本文编号：2764665
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1
【图文】：
播的电磁波，这就是表面等离极化激元（ＳＰＰｓ）。ＳＰＰｓ是通过表面电子的集体振逡逑动的形式沿着介质表面传播，常出现在纳米结构中，比如纳米天线、多层结构等。逡逑如图１－１所示，电磁波既有ｘ轴的相位波动，又有ｚ方向的电子振动，其中ｘ轴的逡逑分量占主导地位，垂直方向上呈现指数衰减。当入射光的频率和电子振动的频率逡逑相同时，满足波矢匹配条件，形成传播表面等离激元共振。常用的方法有两种波逡逑导耦合和光栅耦合。逡逑１．１．３局域表面等离激元共振逡逑当金属纳米球和纳米盘等被外加电场照射后，形成的表面等离激元并没有以逡逑波的形式沿着界面传播，而是高度集中在纳米结构的表面，并且迅速表现出衰减逡逑的现象，这就是局域表面等离激元（Ｌｏｃａｌ邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ｐｌａｓｍｏｎｓ，ＬＳＰｓ）。如图１－２所示，逡逑２逡逑
逦Ｘ逡逑Ｍｅｔａｌ逡逑图１－１金属和电介质界面的传播表面等离激元［１３］逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ｐｌａｓｍｏｎ邋ｒｅｓｏｎａｎｃｅ邋ａｔ邋ｔｈｅ邋ｉｎｔｅｒｆａｃｅ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｍｅｔａｌ邋ａｎｄ邋ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ逡逑入射光作用在金属和介质的界面时，在光的驱动下，金属表面的自由电子产逡逑生集体振荡，电磁波和金属表面的自由电子振荡发生耦合，形成沿着金属表面传逡逑播的电磁波，这就是表面等离极化激元（ＳＰＰｓ）。ＳＰＰｓ是通过表面电子的集体振逡逑动的形式沿着介质表面传播，常出现在纳米结构中，比如纳米天线、多层结构等。逡逑如图１－１所示，电磁波既有ｘ轴的相位波动，又有ｚ方向的电子振动，其中ｘ轴的逡逑分量占主导地位，垂直方向上呈现指数衰减。当入射光的频率和电子振动的频率逡逑相同时，满足波矢匹配条件，形成传播表面等离激元共振。常用的方法有两种波逡逑导耦合和光栅耦合。逡逑１．１．３局域表面等离激元共振逡逑当金属纳米球和纳米盘等被外加电场照射后
图１－４不同尺寸银纳米圆环的电场增强逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｆｉｅｌｄ邋ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｒｉｎｇ逡逑４所示，展示了共振峰的电场增强图。通过观察不同共振电环左右两侧的电场得到一定的增强，呈现出偶极共振模式。场增强不同，这说明尺寸大小对表面等离激元的共振增强具的形状逡逑５所示，展示了银纳米圆环和方形环的消光曲线。纳米圆环和０ｎｍ，厚度为３０ｍｎ。从消光谱中可以看出，光场垂直入射下线有很大的区别。比如纳米圆环的半径为１２０ｎｍ，在１２７０ｎｍ５逡逑
【参考文献】
相关硕士学位论文 前1条
1 赵凯军;贵金属纳米结构法诺共振研究[D];陕西师范大学;2016年
本文编号：2764665
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